SE521916C2

SE521916C2 - Flat heat exchanger with leakage emissions

Info

Publication number: SE521916C2
Application number: SE9700657A
Authority: SE
Inventors: Lars Persson
Original assignee: Ep Technology Ab
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 2003-12-16
Also published as: US7337836B1; WO1998037374A1; DK0974036T3; AU6314698A; EP0974036B1; EP0974036A1; SE9700657D0; DE69807678T2; DE69807678D1; SE9700657L

Abstract

A heat exchanger with a leakage vent. A fully brazed heat exchanger has an arrangement preventing the two media inside the heat exchanger from mixing in case of leakage. The heat exchanger includes plates having a pattern of grooves and inlet and outlet connections. The plates are placed in a pack and brazed together so as to form separate channels for two media between alternating pairs of plates. A separation zone is created around the connection so as so block off the medium that is not to reach the respective connection. The other medium can flow on by. A leakage vent to the exterior is provided in the separation zone so as to allow detection of any leakage.

Description

...nu 10 15 20 25 30 35 40 521 916 2 ett stort antal hål vid sidorna vilket innebär andra prak- tiska problem. Dessutom kan packningsvärmeväxlaren användas endast vid lägre tryck (upp till 50 bar) medan lödda värme- växlare kan användas bar). med jämna mellanrum. vid avsevärt högre tryck (upp till 300 Packningarna i värmevåxlaren åldras och måste bytas Lödda värmeväxlare är däremot praktiskt taget underhållsfria och dessutom billigare att tillverka än packningsvärmeväxlare. Det är således mycket önskvärt att kunna använda hellödda värmeväxlare i fler sammanhang än som tidigare varit möjligt. ... now 10 15 20 25 30 35 40 521 916 2 a large number of holes at the sides, which means other practical problems. In addition, the packing heat exchanger can only be used at lower pressures (up to 50 bar) while brazed heat exchangers can be used bar). periodically. at considerably higher pressures (up to 300 The gaskets in the heat exchanger age and must be replaced Soldered heat exchangers, on the other hand, are practically maintenance-free and also cheaper to manufacture than gasket heat exchangers.

Föreliggande uppfinning löser ovanstående problem med invändigt läckage i en hellödd värmeväxlare genom att en av- skiljningszon anordnas invid anslutningarna. Vid en bristan- de lödning uppstår läckage som leder in till avskiljningszo- nen. Avskiljningszonen har läckageutsläpp mot omgivningen så att läckaget snabbt kan detekteras. Däremot uppstår ingen blandning av medierna vid läckaget.The present invention solves the above problems with internal leakage in a fully soldered heat exchanger by arranging a separation zone next to the connections. In the event of a lack of soldering, leakage occurs which leads into the separation zone. The separation zone has leakage emissions to the surroundings so that the leakage can be detected quickly. However, no mixing of the media occurs in the event of a leak.

SAMMNEAIINlNQ_AY_HBBElNNlNQEN Således tillhandahåller föreliggande uppfinning en vär- meväxlare innefattande plattor med ett mönster av rillor samt anslutningar för inlopp och utlopp. Plattorna är place- rade i ett paket och sammanlödda så att separata kanaler för två medier bildas mellan omväxlande par av plattor.SAMMNEAIINlNQ_AY_HBBElNNNlQEN Thus, the present invention provides a heat exchanger comprising plates with a pattern of grooves and connections for inlets and outlets. The plates are placed in a package and soldered together so that separate channels for two media are formed between alternating pairs of plates.

Enligt uppfinningen bildas en avskiljningszon kring an- slutningarna, så att mediet som inte skall nå respektive an- slutning avskiljs medan det andra mediet kan strömma förbi.According to the invention, a separation zone is formed around the connections, so that the medium which is not to reach the respective connection is separated while the other medium can flow past.

Ett läckageutsläpp till omgivningen är anordnat i avskilj- ningszonen så att eventuellt läckage kan detekteras.A leakage discharge to the surroundings is arranged in the separation zone so that any leakage can be detected.

Uppfinningen är definierad i patentkrav l. Föredragna utföringsformer av uppfinningen är angivna i detalj i de un- derordnade patentkraven.The invention is defined in claim 1. Preferred embodiments of the invention are set forth in detail in the dependent claims.

KQRIEAIIAD_BESKRlYNlNQ_AM_RlINlNGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj nedan med hänvisning till åtföljande ritningar i vilka: fig. l är en planvy över en platta hos en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning, fig. 2A är ett snitt enligt linjen A-A i fig. l, fig. 2B är ett snitt enligt linjen B-B i fig. l, ...Mk lO 15 20 25 30 35 40 521 916 3 fig. 3 är en planvy över plattan i fig. l tillsammans med en ytterligare underliggande platta som syns genom den första plattan för att illustrera orienteringen av två plat- tor och fig. 4 är ett partiellt tvärsnitt över tre plattor en- ligt föreliggande uppfinning.THE INVENTION The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings in which: Fig. 1 is a plan view of a plate of a heat exchanger according to the present invention, Fig. 2A is a section along the line AA in Fig. 1, Fig. 2B. is a section along the line BB in Fig. 1, ... Mk 10 20 20 30 30 35 40 521 916 3 Fig. 3 is a plan view of the plate of Fig. 1 together with a further underlying plate visible through the first plate for to illustrate the orientation of two plates and Fig. 4 is a partial cross-section of three plates according to the present invention.

DETALJERAD BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFoRMER I fig. l visas en platta till en värmeväxlare enligt föreliggande uppfinning. Såsom år konventionellt har plattan ett rillmönster och anslutningar. Rillorna har toppar 4 och dalar 5. Ett kallt medium har ett inlopp vid C2 och ett ut- lopp vid Cl. Ett varmt medium har ett inlopp vid H2 och ett utlopp vid H1. Det inses att rillmönstret kan varieras på många olika sätt utan att gå ur ramen för uppfinningen.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS Fig. 1 shows a plate of a heat exchanger according to the present invention. As is conventional, the plate has a groove pattern and connections. The grooves have peaks 4 and valleys 5. A cold medium has an inlet at C2 and an outlet at Cl. A hot medium has an inlet at H2 and an outlet at H1. It will be appreciated that the groove pattern can be varied in many different ways without departing from the scope of the invention.

En värmeväxlare bildas genom att sätta samman ett antal likadana plattor till ett paket. Varannan platta är vriden l80° så att ett korsande mönster bildas och kanaler bildas för medierna mellan omväxlande par av plattor såsom är väl- känt för en fackman på området. I fig. 3 visas en underlig- gande platta synlig genom en övre platta för att illustrera det korsande mönstret. På ena sidan av paketet finns också en bottenplåt (ej visad) för att stänga anslutningarna pá ena sidan. Hela paketet löds samman i en ugn så att lödpunk- ter bildas där toppar korsar varandra. I genomskärning bil- das ett vaxkakeliknande mönster. Vartannat par av plåtar är också sammanlödda vid anslutningarna. Detta förklaras mera i detalj nedan med hänvisning till fig. 4.A heat exchanger is formed by assembling a number of identical plates into one package. Every other plate is rotated 180 ° so that an intersecting pattern is formed and channels are formed for the media between alternating pairs of plates as is well known to a person skilled in the art. In Fig. 3, an underlying plate is shown visible through an upper plate to illustrate the intersecting pattern. There is also a base plate (not shown) on one side of the package to close the connections on one side. The whole package is soldered together in an oven so that solder points are formed where peaks cross each other. In cross-section, a honeycomb-like pattern is formed. Every other pair of plates are also soldered together at the connections. This is explained in more detail below with reference to Fig. 4.

I en konventionell värmeväxlare sträcker sig dock inte rillmönstret såsom visas i ritningarna utan löper utan av- brott fram till lödningen kring anslutningarna. Det inses att om en sådan lödning brister kan mediet i anslutningen tränga in i fel kanal, alltså en kanal som tillhör det andra mediet. Därvid uppkommer problemet såsom nämnts ovan.In a conventional heat exchanger, however, the groove pattern does not extend as shown in the drawings but runs without interruption until the solder around the connections. It will be appreciated that if such soldering fails, the medium in the connection may penetrate into the wrong channel, i.e. a channel belonging to the other medium. This creates the problem as mentioned above.

Föreliggande uppfinnare har insett att problemet kan lösas genom ett arrangemang som beskrives härefter. Kring varje anslutning finns en avskiljningszon som bildas av ett avskiljningsspàr. Avskiljningsspåret är lämpligen format un- gefärligen som en fjärdedels cirkelsegment. I avskiljnings- zonen har endast det medium tillträde som strömmar in eller 10 l5 20 25 30 35 40 521 916 4 ut genom anslutningen. I avskiljningszonen finns också ett läckageutsläpp. Läckageutsläppet är anordnat så att mediet som strömmar genom anslutningen strömmar runt hålet via ril- lorna. Detta medium "ser" således inte hålet. Det andra me- diet som löper i de omgivande kanalerna kan inte heller nå hålet på grund av avskiljningsspåret. Läckageutsläppet kan endast nås av medium om lödningen kring anslutningen eller vid avskiljningsspåret brister.The present inventors have realized that the problem can be solved by an arrangement described hereinafter. Around each connection there is a separation zone formed by a separation groove. The separation groove is suitably shaped approximately as a quarter circle segment. In the separation zone, only the medium has access that flows in or out through the connection. There is also a leakage discharge in the separation zone. The leakage outlet is arranged so that the medium flowing through the connection flows around the hole via the grooves. This medium thus does not "see" the hole. The other medium running in the surrounding channels cannot reach the hole either due to the separation groove. The leakage outlet can only be reached by medium if the solder around the connection or at the separation groove is defective.

I fig. 2A och 2B framgår tvärsnittet av två anslutning- ar. Fig. 2A representerar en i förhållande till ett refe- rensplan 10 försänkt anslutning som vid l medan fig. 2B il- lustrerar en förhöjd anslutning som vid 6. Vid den försänkta anslutningen l finns ett försänkt avskiljningsspår 3. Vid den förhöjda anslutningen 6 finns ett förhöjt avskiljnings- spår 8. Vid det försänkta inloppet l finns ett förhöjt läckageutsläpp 2. Vid den förhöjda anslutningen 6 finns ett försänkt läckageutsläpp 7.In Figs. 2A and 2B, the cross section of two connections is shown. Fig. 2A represents a recessed connection in relation to a reference plane 10 as at 1, while Fig. 2B illustrates an elevated connection as at 6. At the recessed connection 1 there is a recessed separating groove 3. At the elevated connection 6 there is a elevated separation groove 8. At the recessed inlet 1 there is an elevated leakage outlet 2. At the elevated connection 6 there is a recessed leakage outlet 7.

I fig. 4 visas ett tvärsnitt av tre plattor vid ett förhöjt utlopp, såsom vid 6, där ett medium Hl strömmar ut.Fig. 4 shows a cross section of three plates at a raised outlet, such as at 6, where a medium H1 flows out.

Lödningar illustereras såsom vid ll. Utströmningen av mediet H1 visas med pilar. Mediet Hl kommer från kanaler som bildas mellan omväxlande par av plattor. I figuren visas de två översta i ett par och den översta i nästa par. Det andra me- diet strömmar i kanaler mellan de mellanliggande paren, dvs. de två undre plattorna som visas i fig. 4 osv. Mediet C når inte fram till anslutningen eftersom det stoppas i sin kanal vid avskiljningsspåren 3, 8. Det bildas en avskiljningszon 14 med ett avspärrat utrymme 15 mellan avskiljningsspåren 3, 8 och lödningen kring anslutningen 6 och kanten 9 av plat- torna. Avskiljningszonen är öppen till atmosfären via hålet 2, 7 i varje platta. Dessa hål utgör läckageutsläppet.Solderings are illustrated as in ll. The outflow of medium H1 is indicated by arrows. The medium H1 comes from channels formed between alternating pairs of plates. The figure shows the top two in one pair and the top in the next pair. The second medium flows in channels between the intermediate pairs, ie. the two lower plates shown in Fig. 4, etc. The medium C does not reach the connection because it is stopped in its channel at the separating grooves 3, 8. A separating zone 14 is formed with a closed space 15 between the separating grooves 3, 8 and the solder around the connection 6 and the edge 9 of the plates. The separation zone is open to the atmosphere via the hole 2, 7 in each plate. These holes constitute the leakage discharge.

Läckageutsläppet kan valfritt gå även genom bottenplattan (ej visad) men är lämpligen öppet endast åt ett håll.The leakage outlet can optionally also pass through the bottom plate (not shown) but is suitably open only in one direction.

Under normal drift strömmar alltså mediet H i sina ka- naler förbi läckageutsläppet via rillorna medan det andra mediet C endast når fram till avskiljningszonen. Vid anslut- ningarna till mediet C råder naturligtvis det omvända för- hållandet. Om en lödning skulle brista antingen vid 13, alltså vid anslutningen (eller vid avskiljningsspàren 3, 8) läcker mediet, i fig. 4 mediet H (respektive C), in i av- n»~~- lO 15 20 25 30 35 40 521 916 5 skiljningszonen. Beroende på värmeväxlarens orientering, som kan vara godtycklig, ansamlas det utläckande mediet i av- skiljningszonen och släpps så småningom ut genom det ytters- ta av hålen 2, 7 till utsidan. Vanligtvis uppstår sådana bristningar vid anslutningen, dvs. vid 13 i fig. 4. Det finns då ingen risk att mediet H tränger in i fel kanal till det andra mediet C, såsom var fallet i den tidigare tekni- ken, eftersom lödningen vid anslutningen var den enda spär- ren mellan medierna. Om lödningen släpper vid avskiljnings- spåren 3, 8 finns heller ingen risk för blandning av medier- na.During normal operation, the medium H thus flows in its channels past the leakage outlet via the grooves, while the other medium C only reaches the separation zone. When connecting to medium C, of course, the reverse is true. If a solder should rupture either at 13, i.e. at the connection (or at the separating grooves 3, 8), the medium, in Fig. 4, the medium H (respectively C) leaks into the outlet »~~ - 10 15 20 25 30 35 40 521 916 5 separation zone. Depending on the orientation of the heat exchanger, which may be arbitrary, the leaking medium accumulates in the separation zone and is eventually released through the outermost of the holes 2, 7 to the outside. Usually such ruptures occur at the connection, ie. at 13 in Fig. 4. There is then no risk of the medium H penetrating into the wrong channel to the second medium C, as was the case in the prior art, since the solder at the connection was the only barrier between the media. If the solder releases at the separation grooves 3, 8, there is also no risk of mixing the media.

När ett läckage uppstår tränger alltså något medium ut på utsidan av värmeväxlaren. Detta kan detekteras genom vi- suell inspektion av värmeväxlaren. Emellertid är det fördel- aktigt om denna detektering sker automatiskt. Enligt en fö- redragen utföringsform av uppfinningen är en givare ansluten till någon avskiljningszon, lämpligen alla fyra avskilj- ningszonerna. Givaren kan vara placerad inne i ifrågavarande avskiljningszon eller vara kopplad med en ledning mellan av- skiljningszonen och givaren. De olika ledningarna från av- skiljningszonerna kan vara kopplade till samma givare.When a leak occurs, some medium penetrates the outside of the heat exchanger. This can be detected by visual inspection of the heat exchanger. However, it is advantageous if this detection takes place automatically. According to a preferred embodiment of the invention, a sensor is connected to some separation zone, suitably all four separation zones. The sensor can be located inside the separation zone in question or be connected by a cable between the separation zone and the sensor. The different wires from the separation zones can be connected to the same sensor.

Givaren eller givarna kan i sin tur vara kopplad till någon form av säkerhetssystem. Säkerhetssystemet kan t.ex. ge larm via ljudsignaler eller varningslampor. Vid känsliga utrustningar kan säkerhetssystemet också ombesörja att ma- skinen stannas så snart ett läckage har detekterats.The sensor or sensors can in turn be connected to some form of safety system. The security system can e.g. give alarms via beeps or warning lights. In the case of sensitive equipment, the safety system can also ensure that the machine is stopped as soon as a leak has been detected.

Det inses att den i figuren och beskrivningen angivna uppfinningen kan varieras på olika sätt. Läckagehålen 2, 7 kan vara flera till antalet i varje avskiljningszon. Det in- ses att hålen måste vara rotationssymmetriskt placerade ef- tersom varannan plåt är vänd 180°. I figuren visas hålen placerade i 45° vinkel, mittemellan kanterna av plattorna, men det är möjligt att placera hålen nära en kant. Att an- ordna hålen närmare kanten kan i vissa fall göra dem mera åtkomliga. En fackman på området inser vidare att olika ty- per av givare och deras anslutningar till avskiljningszoner- na är möjliga. Alla dessa möjligheter anses ligga inom upp- finningens ram.It will be appreciated that the invention set forth in the figure and description may be varied in various ways. The leakage holes 2, 7 can be several in number in each separation zone. It is understood that the holes must be rotationally symmetrically placed as every other plate is turned 180 °. The figure shows the holes placed at a 45 ° angle, between the edges of the plates, but it is possible to place the holes near an edge. Arranging the holes closer to the edge can in some cases make them more accessible. One skilled in the art further realizes that different types of sensors and their connections to the separation zones are possible. All these possibilities are considered to be within the scope of the invention.

Således tillhandahåller föreliggande uppfinning en vär- meväxlare som uppvisar flera fördelar gentemot den tidigare 10 15 20 521 916 6 kända tekniken. Uppfinningen möjliggör att hellödda värme- växlare, som är billiga att tillverka, kan arbeta vid högre tryck och är praktiskt taget underhållsfria, kan användas inom ett mycket bredare användningsområde, tack vare att risken för att medierna blandas vid läckage undviks, och de Det är faktiskt möjligt att fortsätta driften vid mindre läckage, eftersom därigenom följande katastrofala resultaten. katastrofrisken är praktiskt taget eliminerad. Samtidigt tillhandahåller uppfinningen en snabb och automatisk detek- tering av läckage som kan utnyttjas i säkerhetssystem. Upp- finningens fördelar erhålles endast på bekostnad av avskilj- ningszonen som i och för sig innebär en något minskad verk- ningsgrad för värmeväxlaren. Denna minskning får dock be- traktas som helt obetydlig och förekommer också i de tidiga- re nämnda packningsvärmeväxlarna.Thus, the present invention provides a heat exchanger which exhibits several advantages over the prior art. The invention enables fully soldered heat exchangers, which are inexpensive to manufacture, can operate at higher pressures and are virtually maintenance free, can be used in a much wider range of applications, thanks to the risk of the media mixing in case of leakage being avoided, and they In fact possible to continue operation in case of minor leakage, as thereby the catastrophic results. the risk of disaster is virtually eliminated. At the same time, the invention provides a fast and automatic detection of leakage that can be used in security systems. The advantages of the invention are obtained only at the expense of the separation zone, which in itself means a somewhat reduced efficiency for the heat exchanger. However, this reduction can be considered as completely insignificant and also occurs in the previously mentioned packing heat exchangers.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen har be- skrivits utförligt. Såsom anges ovan, kan uppfinningen modi- fieras på flera sätt utan att gå ur skyddsomfånget såsom de- finieras av åtföljande patentkrav.Advantageous embodiments of the invention have been described in detail. As stated above, the invention can be modified in several ways without departing from the scope of protection as defined by the appended claims.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 521916 ß PATENTKRAV

1. l. Heat exchangers comprising plates with a pattern of grooves and with connections for inlets and outlets, placed in a package and soldered together, so that separate channels for two media are formed between alternating pairs of plates, characterized by a separation zone ( l4), which has an enclosed space (15), formed by a barrier of valleys and peaks (3, 8) in contact with each other in alternating pairs of plates on the off- (1, 6), the plates and the solder at the connections (l , (l5) except in case of leakage, stand from the connections the solder at the edges of 6), which reserved space can not be reached by any of the media so that the medium that is not to reach and flow through the respective connection is blocked at the barrier (3, 8) flow through the separation zone between a pair of plates, while the second medium can (14) surround pairs of plates and further through the respective connecting space (1, blocked space in adjacent channels in ning 6); and of a leakage discharge (2, 7) from the off- (15)

Heat exchanger according to claim 1, (15) grooves (3, 8) running at a distance from each connection to the environment. characterized in that the enclosed space is formed by a separator and separates the connection to the respective corner.

Heat exchangers according to claim 1 or 2, sensing (2, 7) are arranged in rotational symmetry through the plates so that the sign shows that the leakage outlet consists of holes, which are located opposite each other when every other plate is rotated 180 °.

Heat exchanger according to claim 3, that the hole (2, 7) of the plates. characterized by are placed at a 45 ° angle, midway between

Heat exchanger according to claim 3, characterized in that the holes are located near an edge of the plates.

Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that a sensor for detecting leakage is located (15).

Heat exchanger according to one of Claims 1 to 6, characterized by a row in one or more closed spaces of a line from one or more closed areas, which line is connected to a sensor for detecting leakage. 521 916 s'

Heat exchanger according to claim 7, characterized in that several lines are connected to a common sensor.

Heat exchanger according to any one of claims 6 - 8, characterized in that said sensor is connected (e) to a safety system.